EP1152856A1

EP1152856A1 - Vorrichtung zum lösbaren verbinden eines werkzeugs mit einer maschinenspindel

Info

Publication number: EP1152856A1
Application number: EP00909159A
Authority: EP
Inventors: Benno Spors; Andree Fritsch; Uwe Kretzschmann
Original assignee: Komet Praezisionswerkzeuge Robert Breuning GmbH
Current assignee: Komet Praezisionswerkzeuge Robert Breuning GmbH
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-12
Publication date: 2001-11-14
Also published as: US6619896B1; AU3153900A; WO2000048776A1; DE19907026A1; JP2002537127A

Abstract

Das Werkzeug weist einen gegebenenfalls hohl ausgebildeten Werkzeugschaft (14) auf, während die Maschinenspindel eine Anschlusshülse (20) mit einer Ausnehmung (18) zur Aufnahme des Werkzeugschafts aufweist. Im Bereich zwischen Werkzeugschaft (14) und Anschlusshülse (20) befindet sich ein Spannmechanismus (22), der mindestens ein im wesentlichen radial bewegliches Spannelement (24'') aufweist, dessen Radialbewegung vorzugsweise nach Art eines Keilgetriebes in eine axiale Spannbewegung zwischen Werkzeugschaft (14) und Anschlusshülse (20) umsetzbar ist. Der Spannmechanismus umfasst erfindungsgemäss eine Betätigungsmutter (26), die auf ein zur Spindelachse koaxiales Aussengewinde (28) der Anschlusshülse (20) aufgeschraubt ist und deren Axialbewegung beim Spannvorgang unter Zwischenschaltung mindestens eines Zwischenglieds (30'') in die Radialbewegung des Spannelements (24'') umsetzbar ist.

Description

Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs mit einer Maschinenspindel

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs mit einer Maschinenspindel, mit einem am Werkzeug überstehenden Werkzeugschaft, mit einer an der Spindel koaxial zur Spindelachse überstehenden, eine Ausnehmung zur Aufnahme des Werkzeugschafts aufweisen- den Anschlußhülse und mit einem in den Bereich zwischen Werkzeugschaft und Anschlußhülse eingreifenden Spannmechanismus, der mindestens ein im wesentlichen radial bewegliches Spannelement aufweist, dessen Radialbewegung vorzugsweise nach Art eines Keilgetriebes in eine axiale Spannbewegung zwischen dem Werkzeugschaft und der Anschlußhülse umsetzbar ist. Die Anschlußhülse muß dabei nicht unmittelbar an der Maschinenhülse angeordnet sein. Sie kann auch an einem Adapterstück, das lösbar mit einer Maschinenspindel verbindbar ist, angeordnet sein. Andererseits muß auch der Werkzeugschaft nicht unmittelbar am Werkzeug angeordnet sein. Er kann durch ein mit dem Werkzeug verbundenes Adapterstück gebildet sein.

Der in den Bereich zwischen Werkzeugschaft und Anschlußhülse eingreifende Spannmechanismus hat die Aufgabe, mit Hilfe des mindestens einen radial beweglichen Spannelements das Werkzeug drehfest mit der Maschinenspindel zu verbinden. Bei der Betätigung des Spannelements mit Hilfe eines geeigneten Betätigungsmechanismus wird dessen Radialbewegung in eine axiale Spannbewegung zwischen Werkzeugschaft und Anschlußhülse umgesetzt. Dabei kommt es zu einer Konusverspannung und/oder zu einer Planflächenverspannung zwischen den einander zugewandten Spannflächen des Werkzeugschafts und der Anschlußhülse. Zur Betätigung des Spannmechanismus werden beispielsweise Zugstangen verwendet, die durch die Maschinenspindel hindurch in den Werkzeugschaft eingreifen und die von der Maschinenseite aus betätigt werden. Weiter ist es bekannt, die Spannelemente mittels von außen radial betätigbaren Schrauben oder Stößeln zu betätigen. Diese Art der Betätigung hat den Nachteil, daß eine vorgegebene Orientierung der Spindel notwendig ist, um an die Betätigungs- schrauben heranzukommen. Dieser Nachteil wirkt sich vor allem bei Mehrspindelköpfen aus.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß eine von der Maschine unabhängige Betätigung des Spannmechanismus möglich ist, ohne daß es hierzu einer speziellen Ausrichtung der Spindel bedarf.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, daß der Spannmechanismus eine Betätigungsmutter umfaßt, die auf ein zur Spindelachse koaxiales Außengewinde der Anschlußhülse aufgeschraubt ist und deren Axialbewegung beim Spannvorgang unter Zwischenschaltung mindestens eines Zwischenglieds in die Radialbewegung des Spannelements umsetzbar ist. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß der Spannmechanismus über die Betätigungsmutter unabhängig von der Orientierung der Spindel in Umfangsrichtung betätigt werden kann. Vorteilhafterweise ist dabei das Zwischenglied als Keilgetriebe ausgebildet. Um eine Planflächenverspannung zwischen dem Werkzeugschaft und der Anschlußhülse zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn der Werkzeugschaft an seiner Wurzel durch eine radial überstehende Ringfläche begrenzt ist, gegen die die Anschlußhülse mit ihrer freien Stirnfläche unter der Einwirkung des Spannmechanismus anpreßbar ist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das mindestens eine Spannelement als in einer die Hülsenwand der Anschlußhülse durchdringenden Führungsbohrung radial geführter Spannbolzen ausgebildet ist, der an seinem nach außen über die Führungsbohrung überstehenden Ende eine Keilfläche aufweist, und daß das Zwischenglied als auf der Außenseite der Anschlußhülse zwischen der Betätigungsmutter und dem Spannbolzen unverdrehbar angeordneter, axial verschiebbarer Zwischenring ausgebildet ist, der eine gegen die Keilfläche des Spannbolzens anliegende, zu dieser komplementäre Keilfläche aufweist. Die Keilfläche des Spannelements und/oder des Zwischenglieds ist dabei zweckmäßig in eine bezüglich der Verschieberichtung des Zwischenglieds steilere Zustellschräge und flachere Spannschräge unterteilt. Die Keilflächen des Zwischenrings können durch zwei in Umfangsrichtung einander zugewandte, achsparallel ausgerichtete, das überstehende Ende des Spannbolzens seitlich übergreifende und dabei eine Verdrehsicherung für das Zwischenglied bildende Seitenführungsflächen begrenzt werden, wobei der Zwischenring zweckmäßig außerhalb der durch die Seitenführungsflächen begrenzten Keilflächen auf der Außenfläche der Anschlußhülse axial geführt ist. Im Stoßbereich zwischen der Betätigungsmutter und dem Zwischenring kann ein axiales, als Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Stützlager angeordnet werden. Damit wird die Axialverschiebung des Zwischenrings durch die Betätigungsmutter erleichtert. Weiter kann die Betätigungsmutter einen den Zwischenring außenseitig axial übergreifenden Ringausleger tragen, der einteilig an der Betätigungsmutter angeformt sein kann oder als gesondertes Teil mit dieser verbunden, insbesondere verschraubt, verklebt, angelötet oder aufgeschrumpft sein kann. Um den Lösevorgang zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn der Ringausleger einen den Zwischenring an einer der Betätigungsmutter abgewandten Ringschulter hintergreifenden Mitnehmer aufweist. Die Verschmutzungsgefahr von außen her wird reduziert, wenn auf der der Betätigungsmutter axial gegenüberliegenden Seite der Führungsbohrungen ein radial über die Anschlußhülse überstehender hülsenfester Ringdeckel angeordnet ist. Der Ringdeckel kann dabei an seiner Umfangsfläche von dem Ringausleger der Betätigungsmutter axial übergriffen werden. Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann erzielt werden, wenn zwischen Ringdeckel und Ringausleger ein radial wirkender Dichtungsring angeordnet ist. Um eine Drehsicherung des Spannbolzens in den Führungsbohrungen zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn der Spannbolzen an seiner der Keilfläche gegenüberlie- genden Führungsfläche eine radial ausgerichtete Führungsnut aufweist, in die ein achsparallel über den Ringdeckel überstehender Führungszapfen eingreift.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Spannbolzen einen gegen einen werkzeugschaftseitigen Innenkonus anliegenden Kegelansatz auf. Außerdem kann der Werkzeugschaft eine Querbohrung aufweisen, in der mindestens ein den Innenkonus tragender Pendelbolzen verschiebbar angeordnet ist. Um eine Planflächenverspannung zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn der werkzeugschaftseitige Innenkonus und der spannbolzenseitige Kegelansatz einen beim Spannvorgang in Spannrichtung wirkenden Achsversatz aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsvariante weist der Spannmechanismus zwei gleich ausgebildete, in einer der diametral gegenüberliegenden Führungsbohrungen der Anschlußhülse radial geführte, durch die Betätigungsmutter über den mit zwei diametral gegenüberliegenden Keilflächen versehenen Zwischenring verschiebbare Spannbolzen auf, die mit ihrem nach innen weisenden Kegelansatz in je einen stirnseitigen Innenkonus des Pendelbolzens eingreifen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, daß das mindestens eine Spannelement als Spannklaue ausgebildet ist, die an ihrem einen Ende eine an einer Innenschulter der Anschlußhülse abstützbare Ankerpartie und an ihrem anderen Ende eine in einen Hohlraum des Werkzeugschafts eingreifende und dort in eine Innenausnehmung einschwenkbare Klauenpartie aufweist, wobei die Klauenpartie und die Begren- zungswand der Innenausnehmung zueinander komplementäre Keilflächen aufweisen, über die die Radialbewegung der Klauenpartie in eine axiale Spannbewegung zwischen Werkzeugschaft und Anschlußhülse umsetzbar ist. In diesem Falle ist das Zwischenglied als im Inneren der Anschlußhülse und des Werkzeugschafts unverdrehbar angeordneter Stößel ausgebildet, der eine gegen eine innere Keilfläche der Spannklaue anliegende komplementäre Keilfläche aufweist und der mittelbar über die Betätigungsmittel zwischen einer Lösestellung und einer Spannstellung axial verschiebbar ist. Die Betätigungsmutter ist dabei zweckmäßig über einen durch mindestens ein achsparallel ausgerichtetes Langloch der Anschlußhülse hindurchgreifenden Querbolzen mit dem Stößel gekoppelt, wobei der Querbolzen durch ein im wesentlichen achsparallel ausgerichtetes Langloch in der Spannklaue hindurchgreifen kann. Vorteilhafterweise sind mindestens zwei in Umfangsrich- tung in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete Spannklauen der genannten Art vorgesehen. Im übrigen kann der Stößel zugleich als beim Lösevorgang wirksamer Auswerfer ausgebildet sein, der zu diesem Zweck einen gegen eine Innenfläche des Werkzeugschafts anliegenden Auswerferkopf aufweisen kann.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Querbolzen mit seinen Enden in einem auf der Anschlußhülse unverdrehbar und über die Betätigungsmutter axial verschiebbar geführten Schubring gelagert ist. Der Schubring kann zwei einander diametral gegenüberliegende Ausnehmungen zur Aufnahme der Querbolzenenden aufweisen, wobei der die Querbolzenenden außenseitig übergreifende Schubring über je einen Radialstift mit den Querbolzenenden verbunden sein kann. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Betätigungsmutter einen den Schubring axial übergreifenden Ringfortsatz aufweist, der auf der der Befestigungsmutter axial gegenüberliegenden Seite des Querbolzens starr mit einem den Querbolzen in Löserichtung mitneh- menden Zugring verbunden sein kann. Sowohl zwischen der Betätigungsmutter und dem Schubring als auch zwischen dem Zugring und dem Schubring kann ein als axiales Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Stützlager angeordnet werden.

Eine besondere Lösungsvariante der Erfindung sieht vor, daß der Schubring ein mit einem Gewinde der Betätigungsmutter zusammenwirkendes, zur Betätigungsmutter koaxiales Gewinde aufweist. Zweckmäßig weist der Schubring ein mit einem Innengewinde der Betätigungsmutter zusammenwirkendes Außengewinde auf. Der Schubring und ein auf der der Betäti- gungsmutter axial gegenüberliegenden Seite des Querbolzens angeordneter Zugring können dabei starr miteinander verbunden sein.

Auch bei dieser Ausführungsvariante ist es von Vorteil, daß die Keilfläche des Stößels und/oder die zugehörige Keilfläche der Spannklaue eine bezüg- lieh der Verschieberichtung des Stößels steilere Zustellschräge und flachere Spannschräge aufweist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Spannklauen in einem Zentrierkäfig mit axialem Spiel angeordnet sind, der zwei durch Stege miteinander verbundene, in je eine Zylinderausnehmung des Werkzeugschafts und der Anschlußhülse eingreifende Kolben aufweist. Die Stege können dabei als die Kolben durchdringende, mit Kühlschmiermittel beaufschlagbare Kühlmittelrohre ausgebildet sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch eine Werkzeugkupplung mit Betätigungsmutter, einem externen Keilring sowie über den Keilring radial verschiebbaren Spannelementen;

Fig. 2a und b eine Draufsicht und eine Schnittdarstellung der Betätigungsmutter;

Fig. 2c einen Schnitt durch einen mit der Betätigungsmutter verbindba- ren Mitnehmerring;

Fig. 3a und b eine Schnittdarstellung und eine Draufsicht des Keilrings nach Fig. 1 ;

Fig. 4a und b eine Draufsicht und einen Schnitt eines Ringdeckels der Kupplungsvorrichtung nach Fig. 1 ;

Fig. 5a und b zwei verschiedene Seitenansichten (teilweise geschnitten) eines der Spannelemente der Kupplungsvorrichtung nach Fig. 1 ;

Fig. 6a und b eine Seitenansicht und eine Schnittdarstellung des Pendelbolzens der Kupplungsvorrichtung nach Fig. 1 ;

Fig. 7a und b einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch eine ge- genüber Fig. 1 bis 6 abgewandelte Kupplungsvorrichtung für

Werkzeuge mit über eine Betätigungsmutter und eine Querstange betätigbaren, innen liegenden Spannelementen;

Fig. 7c den Betätigungsmechanismus nach Fig. 7a in teilweise ge- schnittener Darstellung; Fig. 8a bis d je einen Spannmechanismus in einer Halbdarstellung entsprechend Fig. 7a mit verschiedenen Ausführungsvarianten des eine Betätigungsmutter und eine Querstange aufweisenden Betätigungsmechanismus;

Fig. 9a eine Darstellung des Spannmechanismus nach Fig. 7a mit einer weiteren Ausführungsvariante des eine Betätigungsmutter und eine Querstange aufweisenden Betätigungsmechanismus;

Fig. 9b einen Querschnitt durch Fig. 9a;

Fig. 9c, d und e drei verschiedene Seitenansichten des Spannmechanismus der Kupplungsvorrichtung nach Fig. 9a in teilweise geschnittener Darstellung.

Die in der Zeichnung dargestellten Kupplungsvorrichtungen sind zum Verbinden von Werkzeugen 10 oder Werkzeugadaptern an einer vorzugsweise rotierenden Maschinenspindel 12 oder einem Spindeladapter 12' bestimmt. Das Werkzeug 10 weist zu diesem Zweck einen axial überstehenden Werk- zeugschaft 14 auf, während an der Maschinenspindel 12 oder am Spindeladapter 12' eine koaxial zur Spindelachse 16 überstehende, eine Ausnehmung 18 zur Aufnahme des Werkzeugschafts 14 aufweisende Anschlußhülse 20 angeformt ist. Zur Herstellung der Verbindung ist ein Spannmechanismus 22 vorgesehen, der in den Bereich zwischen Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 eingreift und der mindestens ein im wesentlichen radial bewegliches Spannelement 24', 24" aufweist, dessen Radialbewegung nach Art eines Keilgetriebes in eine axiale Spannbewegung zwischen dem Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 umsetzbar ist. Der Spannmechanismus 22 umfaßt eine Betätigungsmutter 26, die auf ein zur Spindelachse 16 koaxiales Außengewinde 28 der Anschlußhülse aufgeschraubt ist und deren Axialbewegung beim Spannvorgang unter Zwischenschaltung mindestens eines Zwischenglieds 30',30" in die Radial beweg ung des mindestens einen Spannelements 24',24" umsetzbar ist. Bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen bildet das Zwischenglied 30',30" ein Keilgetriebe, wie nachstehend im einzelnen noch näher erläutert wird. An der Außenseite der Betätigungsmutter 26 sind bei allen Ausführungsbeispielen Eingriffe 32', 32" für eine Schlüsselbetätigung eingeformt, insbesondere Nuten 32' für einen Hakenschlüssel oder Bohrungen 32" für einen Zapfenschlüssel. Außerdem kann die Außenumfangsfläche zum besseren Greifen mit einer Rän- delung 33 oder Kordelung versehen werden.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Werkzeugschaft 14 an seiner Wurzel durch eine radial überstehende Ringfläche 34 begrenzt, gegen die die Anschlußhülse 20 mit ihrer freien Stirnfläche 36 unter der Einwirkung des Spannmechanismus 22 nach Art einer Planflä- chenverspannung anpreßbar ist.

Bei dem in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Werkzeugkupplung sind zwei als Spannbolzen ausgebildete Spannelemente 24" vorgesehen, die in zwei an der Anschlußhülse 20 einander diametral gegen- überliegenden, die Hülsenwand durchdringenden Führungsbohrungen 38 radial geführt sind und die an ihrem radial über die betreffende Führungsbohrung 38 überstehenden Ende eine Keilfläche 40',40" aufweisen. Das Zwischenglied 30' ist hier als auf der Außenseite der Anschlußhülse 20 zwischen der Betätigungsmutter 26 und dem Spannbolzen 24' unverdrehbar angeordneter, axial verschiebbarer Zwischenring ausgebildet, der eine gegen die Keilfläche 40',40" des Spannbolzens 24' anliegende, zu dieser komplementäre Keilfläche 42',42" aufweist. Die Keilflächen des Spannelements 24' und des Zwischenglieds 30' sind in eine bezüglich der Verschieberichtung des Zwischenglieds 30' steilere Zustellschräge 40' bzw. 42' und flachere Spannschräge 40",42" unterteilt. Wie insbesondere aus Fig. 3a und b zu ersehen ist, sind die Keilflächen 42',42" des ringförmigen Zwischenglieds 30' durch zwei in Umfangsrichtung einander zugewandte, achsparallel ausgerichtete, das radial überstehende Ende 44 des Spannelements 24' seitlich übergreifende und dabei eine Verdrehsicherung für das Zwischenglied 30' bildende Seitenführungsflächen 46 begrenzt. Außerhalb der durch die Sei- tenführungsflächen 46 begrenzten Keilflächen 42',42" ist das ringförmige Zwischenglied 30' mit einer Zylinderfläche 48 auf der Außenfläche der Anschlußhülse 42 axial geführt. Wie vor allem in Fig. 1 zu erkennen ist, ist im Stoßbereich zwischen der Betätigungsmutter 26 und dem ringförmigen Zwischenglied 30' ein als axiales Wälzlager ausgebildetes Stützlager 50 ange- ordnet.

Die Betätigungsmutter 26 trägt einen das ringförmige Zwischenglied 30' außenseitig axial übergreifenden Ringausleger 52, der einen das Zwischenglied 30' an einer der Betätigungsmutter 26 abgewandten Ringschulter 54 hintergreifenden Mitnehmer 55 aufweist und der mit der Betätigungsmutter 26 an der Stelle 56 drehfest verbunden, vorzugsweise verschraubt, verklebt, verlötet oder angeformt ist. Um einen Schmutzzutritt zu den Führungsbohrungen 38 zu verhindern, ist außerdem auf der der Betätigungsmutter 26 gegenüberliegenden Seite der Führungsbohrungen 38 ein radial über die Anschlußhülse 20 überstehender hülsenfester Ringdeckel 58 angeordnet, der an seiner Umfangsfläche von dem Ringausleger 52 der Betätigungsmutter 26 axial übergriffen ist. Zur weiteren Verbesserung der Dichtwirkung ist zwischen Ringdeckel 58 und Ringausleger 52 ein radial wirkender Dichtungsring 60 angeordnet.

Wie aus Fig. 5a und 5b in Verbindung mit Fig. 1 zu ersehen ist, weisen die bolzenformigen Spannelemente 24' an ihrer der Keilfläche 40',40" gegenüberliegenden Führungsfläche 62 eine radial ausgerichtete Führungsnüt 64 auf, in die ein achsparallel über den Ringdeckel 58 überstehender Füh- rungszapfen 66 eingreift. Die bolzenformigen Spannelemente 24' weisen außerdem einen gegen einen werkzeugschaftseitigen Innenkonus 68 anlie- genden Kegelansatz 70 auf. Die beiden Innenkonen 68 sind an einem Pendelbolzen 72 angeordnet, der in einer Querbohrung 74 des Werkzeugschafts 14 verschiebbar angeordnet ist. Zur Erzielung der vorerwähnten Planflä- chenverspannung weisen die Innenkonen 68 des Pendelbolzens 72 und die spannelementseitigen Kegelansätze 70 einen beim Spannvorgang in Spannrichtung wirkenden Achsversatz auf.

Zum Lösen des Werkzeugs 10 vom Spindeladapter 12' wird die in Fig. 1 in Spannstellung gezeigte Betätigungsmutter 26 durch Drehen um die Spindel- achse 16 gelöst, bis die Spannelemente 24' mit ihren Kegelansätzen 70 ganz aus den Innenkonen 68 des Pendelbolzens 72 radial nach außen gedrängt werden können. In dieser Stellung kann der Werkzeugschaft 14 aus der Ausnehmung 18 in der Anschlußhülse 20 axial herausgezogen werden. Das Ankuppeln eines anderen Werkzeugs erfolgt in umgekehrter Reihenfol- ge, indem zunächst der Werkzeugschaft 14 des betreffenden Werkzeugs 10 bei gelöster Betätigungsmutter 16 in die Ausnehmung 18 der Anschlußhülse 20 eingesteckt und anschließend die Betätigungsmutter 26 unter Verschieben des Zwischenglieds 30' in die in Fig. 1 gezeigte Spannstellung gebracht wird.

Bei den in Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen einer Werkzeugkupplung sind die Spannelemente 24" als Spannklauen ausgebildet, die an ihrem einen axialen Ende eine an einer Innenschulter 80 der Anschlußhülse 20 abstützbare Ankerpartie 82 und an ihrem anderen axialen Ende eine in einen Hohlraum 84 des Werkzeugschafts 14 eingreifende und dort in eine Innenausnehmung 86 einschwenkbare Klauenpartie 88 aufweist. Die Klauenpartie 88 und die Begrenzungswand der Innenausnehmung 86 weisen dabei zueinander komplementäre Keilflächen 90,92 auf, über die die Radialbewegung der Klauenpartie 88 in eine axiale Spannbewegung zwischen Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 umsetzbar ist. Das Zwischenglied 30" ist bei diesen Ausführungsformen als im Inneren der Anschlußhülse 20 und des Werkzeugschafts 14 unverdrehbar angeordneter Stößel ausgebildet, der eine gegen eine innere Keilfläche 94', 94" der Spannklaue 24" anliegende komplementäre Keilfläche 96', 96" aufweist und der mittelbar über die Betätigungsmutter 26 zwischen einer Lösestellung und einer Spannstellung axial verschiebbar ist. Die Betätigungsmutter 26 ist dabei über einen durch achsparallel ausgerichtete Langlöcher 98,100 in der Begrenzungswand 20 und in den klauenförmigen Spannelementen 24" hindurchgreifenden Querbolzen 102 mit dem stößeiförmigen Zwischenglied 30" gekoppelt. Bei den in Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen sind jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende klauenförmige Spannelemente 24" vorgesehen.

Der Werkzeugschaft 14 ist bei den in Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen als Hohlkegel ausgebildet, der in die entsprechend konisch ausgebil- dete Ausnehmung 18 der Anschlußhülse 20 einführbar ist. Der Werkzeugschaft 14 ist im Bereich seiner Wurzel von einer Ringfläche 34 begrenzt, gegen die im eingespannten Zustand des Werkzeugs 10 die Stirnfläche 36 der Anschlußhülse 20 anliegt. Um beim Werkzeugwechsel die kraftschlüssige Verbindung zwischen Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 lösen zu können, ist das als Stößel ausgebildete Zwischenglied 30" zugleich als beim Lösevorgang wirksamer Auswerfer ausgebildet. Der Stößel 30" weist zu diesem Zweck einen gegen eine Innenfläche 104 des Werkzeugschafts 14 anliegenden Auswerferkopf 106 auf.

Bei den in Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Querbolzen 102 mit seinen Enden 108 in einem auf der Außenfläche der Anschlußhülse 20 unverdrehbar und über die Betätigungsmutter 26 axial verschiebbar geführten Schubring 110 gelagert. Der Schubring kann dabei im Sinne der Fig. 7a, 8a, 8c und 9a zwei einander diametral gegenüberliegende Ausnehmun- gen 112 zur Aufnahme der Querbolzenenden 108 aufweisen. Im Falle der Fig. 8b und d ist der die Querbohrungsenden 108 außenseitig übergreifende Schubring 110 über je einen Radialstift 114 mit den Querbohrungsenden 108 verbunden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7a bis c weist der Schubring 110 au- ßerdem ein mit einem weiteren Gewinde 116 der Betätigungsmutter 26 zusammenwirkendes Außengewinde 118 auf und ist mit einem auf der der Betätigungsmutter axial gegenüberliegenden Seite des Querbolzens 102 angeordneten Zugring 120 starr verbunden. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, daß der Querbolzen über die Betätigungsmutter sowohl in Spann- richtung als auch in dieser Richtung axial mitgenommen wird.

Bei den in Fig. 8a bis d und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Betätigungsmutter einen den Schubring 110 axial übergreifenden Ringfortsatz 122 auf. Der Ringfortsatz ist auf der der Betätigungsmutter axial gegen- überliegenden Seite des Querbolzens 102 mit einem den Querbolzen in Löserichtung mitnehmenden Zugring 120 verbunden. Zwischen der Betätigungsmutter 26 und dem Schubring 110 ist jeweils ein als Wälzlager ausgebildetes Stützlager 124 angeordnet. Im Falle der Fig. 8c und d befindet sich auch zwischen dem Zugring 120 und dem Schubring 110 ein als Wälzlager ausgebildetes Stützlager 126, wohingegen im Falle der Fig. 8a, 8b und 9a als Gleitlager ausgebildete Stützlager 126' zwischen Zugring 120 und Schubring 110 angeordnet sind.

Die inneren Keilflächen 94',94" der klauenförmigen Spannelemente 24" ei- nerseits und die zugehörigen Keilflächen 96', 96" des stößeiförmigen Zwischenglieds 30" weisen eine bezüglich der Verschieberichtung des Zwischenglieds 30" steilere Zustellschräge 94', 96' und flachere Spannschräge 94",96" auf.

Wie aus den Fig. 9b bis e zu ersehen ist, können die Spannklauen 24" in einem Zentrierkäfig 128 mit axialem Spiel angeordnet sein, welcher Zentrier- käfig zwei durch Kühlmittelrohre 130 miteinander verbundene, in je eine Zy- linderausnehmung 132,134 des Werkzeugschafts 14 und der Anschlußhülse 20 eingreifende Kolben 136,138 aufweist. Die die Kolben durchdringenden Kühlmittelrohre 130 sind über eine Zentralbohrung 140 der Maschinenspin- del 12 mit einem Kühlschmiermittel beaufschlagbar. Der Kolben 138 ist durch eine Radialdichtung 139 gegen die spindelseitige Zylinderausneh- mung 134 abgedichtet (vgl. Fig. 9a, c, e).

In den Fig. 7a, 8a bis d und 9a sind die Kupplungsvorrichtungen in ihrer Spannstellung gezeigt. Zum Lösen der Kupplungsvorrichtung wird die Betätigungsmutter beispielsweise über die Eingriffe 32',32" in Löserichtung gedreht, so daß sie sich zusammen mit den Querbolzen 102 und dem Zwischenglied 32" in Richtung Werkzeugschaft verschiebt. Dabei werden die Klauenpartien 88 der klauenförmigen Spannelemente 24" über einen in die Umfangsnut 142 eingelegten Federring 144 radial nach innen bewegt, bis ihre Keilflächen 92 den Verschiebeweg für den Werkzeugschaft 14 freigeben. Gleichzeitig wird der Werkzeugschaft 14 über den Auswerferkopf 106 aus der Anschlußhülse 20 gelöst. Das Einwechseln eines neuen Werkzeugs erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, indem zunächst bei gelöster Betäti- gungsmutter 26 das Werkzeug 10 mit seinem Werkzeugschaft 14 in die Ausnehmung 18 der Anschlußhülse 20 eingeführt wird. Wird im Anschluß daran die Betätigungsmutter in Spannrichtung betätigt, so gelangen die Klauenpartien 88 unter der Keilwirkung des Zwischenglieds 30" in die Innenausnehmung 86 des Werkzeugschafts, bis die Keilflächen 90,92 unter Aus- führung einer Axialverspannung gegeneinander gepreßt werden.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs 10 mit einer Maschinenspindel 12. Das Werkzeug weist einen gegebenenfalls hohl ausge- bildeten Werkzeugschaft 14 auf, während die Maschinenspindel eine Anschlußhülse 20 mit einer Ausnehmung 18 zur Aufnahme des Werkzeug- schafts aufweist. Im Bereich zwischen Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 befindet sich ein Spannmechanismus 22, der mindestens ein im wesentlichen radial bewegliches Spannelement 24" aufweist, dessen Radialbewegung vorzugsweise nach Art eines Keilgetriebes in eine axiale Spann- bewegung zwischen Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 umsetzbar ist. Der Spannmechanismus umfaßt erfindungsgemäß eine Betätigungsmutter 26, die auf ein zur Spindelachse koaxiales Außengewinde 28 der Anschlußhülse 20 aufgeschraubt ist und deren Axialbewegung beim Spannvorgang unter Zwischenschaltung mindestens eines Zwischenglieds 30" in die Radialbewegung des Spannelements 24" umsetzbar ist.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs (10) mit einer Maschinenspindel (12), mit einem am Werkzeug überstehenden Werk- zeugschaft (14), mit einer an der Spindel (12) koaxial zur Spindelachse

(16) überstehenden, eine Ausnehmung (18) zur Aufnahme des Werkzeugschafts (14) aufweisenden Anschlußhülse (20) und mit einem in den Bereich zwischen Werkzeugschaft (14) und Anschlußhülse (20) eingreifenden Spannmechanismus (22), der mindestens ein im wesent- liehen radial bewegliches Spannelement (24',24") aufweist, dessen Radialbewegung vorzugsweise nach Art eines Keilgetriebes in eine axiale Spannbewegung zwischen dem Werkzeugschaft (14) und der Anschlußhülse (20) umsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannmechanismus (22) eine Betätigungsmutter (26) umfaßt, die auf ein zur Spindelachse (16) koaxiales Außengewinde (28) der Anschlußhülse (20) aufgeschraubt ist und deren Axialbewegung beim Spannvorgang unter Zwischenschaltung mindestens eines Zwischenglieds (30',30") in die Radialbewegung des Spannelements (24', 24") umsetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (30', 30") ein Keilgetriebe bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugschaft (14) an seiner Wurzel durch eine radial überstehende Ringfläche (34) begrenzt ist, gegen die die Anschlußhülse (20) mit ihrer freien Stirnfläche (36) unter der Einwirkung des Spannmechanismus anpreßbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Spannelement (24') als in einer die Hülsenwand der Anschlußhülse (20) durchdringenden Führungsbohrung (38) radial geführter Spannbolzen ausgebildet ist, der an seinem nach außen über die Führungsbohrung (38) überstehenden Ende eine Keilfläche (40',40") aufweist, und daß das Zwischenglied (30') als auf der Außenseite der Anschlußhülse (20) zwischen der Betätigungsmutter (26) und dem Spannbolzen (24') unverdrehbar angeordneter, axial verschiebbarer Zwischenring ausgebildet ist, der eine gegen die Keilfläche (40',40") des Spannbolzens (24') anliegende, zu dieser komplementäre Keilfläche (42',42") aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilfläche (40',40",42',42") des Spannelements (24') und/oder des Zwischenglieds (30') in eine bezüglich der Verschieberichtung des Zwischenglieds (30) steilere Zustellschräge (40',42') und flachere Spann- schräge (40",42") unterteilt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen (42',42") des Zwischenrings (30') durch zwei in Um- fangsrichtung einander zugewandte, achsparallel ausgerichtete, das radial überstehende Ende (44) des Spannbolzens (24') seitlich übergreifende und dabei eine Verdrehsicherung für das Zwischenglied (30') bildende Seitenführungsflächen (46) begrenzt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwi- schenring (30') außerhalb der durch die Seitenführungsflächen (46) begrenzten Keilflächen (42',42") auf der Außenfläche der Anschlußhülse (20) axial geführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, daß im Stoßbereich zwischen der Betätigungsmutter (26) und dem Zwischenring (30') ein axiales als Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Stützlager (50) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Betätigungsmutter (26) einen den Zwischenring (30') außenseitig axial übergreifenden Ringausleger (52) trägt, der an der Betätigungsmutter (26) entweder angeformt oder angefügt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringausleger (52) einen den Zwischenring (30') an einer der Betätigungsmutter (26) abgewandten Ringschulter (54) hintergreifenden Mitnehmer (55) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, daß auf der der Betätigungsmutter (26) axial gegenüberliegenden Seite der Führungsbohrungen (38) ein radial über die Anschlußhülse (20) überstehender hülsenfester Ringdeckel (58) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ringdeckel (58) an seiner Umfangsfläche von dem Ringausleger (52) der Betätigungsmutter (26) axial übergriffen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ringdeckel (58) und Ringausleger (52) ein radial wirkender

Dichtring (60) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbolzen (24') an seiner der Keilfläche (40',40") gegenüberliegenden Führungsfläche (62) eine radial ausgerichtete Führungsnut (64) aufweist, in die ein achsparallel über den Ringdeckel (58) überstehender Führungszapfen (66) eingreift.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Spannbolzen (24') einen gegen einen werkzeug- schaftseitigen Innenkonus (68) anliegenden Kegelansatz (70) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugschaft eine Querbohrung (74) aufweist, in der mindestens ein den Innenkonus (68) tragender Pendelbolzen (72) verschiebbar angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der werkzeugschaftseitige Innenkonus (68) und der spannbolzenseitige Kegelansatz (70) einen beim Spannvorgang in Spannrichtung wirkenden Achsversatz aufweisen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannmechanismus zwei gleich ausgebildete, in einander diametral gegenüberliegenden Führungsbohrungen (38) der

Anschlußhülse (20) radial geführte, durch die Betätigungsmutter (26) über den mit zwei diametral gegenüberliegenden Keilflächen (42',42") versehenen Zwischenring (30') verschiebbare Spannbolzen (24') aufweist, die mit ihrem nach innen weisenden Kegelansatz (70) in je einen stirnseitigen Innenkonus (68) des Pendelbolzens (72) eingreifen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Spannelement (24") als Spannklaue ausgebildet ist, die an ihrem einen Ende eine an einer In- nenschulter (80) der Anschlußhülse (20) abstützbare Ankerpartie (82) und an ihrem anderen Ende eine in einen Hohlraum (84) des Werk- zeugschafts (14) eingreifende und dort in eine Innenausnehmung (86) einschwenkbare Klauenpartie (88) aufweist, wobei die Klauenpartie (88) und die Begrenzungswand der Innenausnehmung (86) zueinander komplementäre Keilflächen (90,92) aufweisen, über die die Radialbe- wegung der Klauenpartie (88) in eine axiale Spannbewegung zwischen

Werkzeugschaft (14) und Anschlußhülse (20) umsetzbar ist, und daß das Zwischenglied (30") als im Inneren der Anschlußhülse (20) und des Werkzeugschafts unverdrehbar angeordneter Stößel ausgebildet ist, der eine gegen eine innere Keilfläche (94', 94") der Spannklaue (24") anliegende komplementäre Keilfläche (96', 96") aufweist und der mittelbar über die Betätigungsmutter (26) zwischen einer Lösestellung und einer Spannstellung axial verschiebbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmutter (20) über einen durch mindestens ein achsparallel ausgerichtetes Langloch (98) der Anschlußhülse (20) hindurchgreifenden Querbolzen (102) mit dem stößeiförmigen Zwischenglied (30") gekuppelt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Querbolzen (102) durch ein im wesentlichen achsparallel ausgerichtetes Langloch (100) im Spannelement (24") hindurchgreift.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekenn- zeichnet, daß mindestens zwei in Umfangsrichtung in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete, als Spannklauen ausgebildete Spannelemente (24") vorgesehen sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Zwischenglied (30") zugleich als beim Lösevorgang wirksamer Auswerfer ausgebildet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (30") einen gegen eine Innenfläche (104) des Werkzeugschafts (14) anliegenden Auswerferkopf (106) aufweist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Querbolzen (102) mit seinen Enden (108) in einem auf der Anschlußhülse (20) unverdrehbar und über die Betätigungsmutter (26) axial verschiebbar geführten Schubring (110) gelagert ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubring (110) zwei einander diametral gegenüberliegende Ausnehmungen (112) zur Aufnahme der Querbolzenenden (108) aufweist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der die Querbolzenenden (108) außenseitig übergreifende Schubring (110) über je einen Radialstift (114) mit den Querbolzenenden (108) verbunden ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmutter (26) einen den Schubring (110) axial übergreifenden Ringfortsatz (122) aufweist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringfortsatz (122) auf der der Betätigungsmutter (26) axial gegenüberliegenden Seite des Querbolzens (102) starr mit einem den Querbolzen (102) in Löserichtung mitnehmenden Zugring (120) verbunden ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekenn- zeichnet, daß zwischen der Betätigungsmutter (26) und dem Schubring (110) ein als axiales Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Stützlager (124) angeordnet ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zugring (120) und dem Schubring (110) ein als axiales

Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Stützlager (126,126') angeordnet ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Schubring (110) ein mit einem Gewinde (116) der

Betätigungsmutter (20) zusammenwirkendes, zur Betätigungsmutter (20) koaxiales Gewinde (118) aufweist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubring (110) ein mit einem Innengewinde (116) der Betätigungsmutter (20) zusammenwirkendes Außengewinde (118) aufweist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubring (110) und ein auf der der Betätigungsmutter (26) axial gegenüberliegenden Seite des Querbolzens (102) angeordneter Zugring (120) starr miteinander verbunden sind.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilfläche des Zwischenglieds (30") und/oder die zu- gehörige Keilfläche des Spannelements (24") eine bezüglich der Verschieberichtung des Zwischenglieds (30") steilere Zustellschräge (94', 96') und flachere Spannschräge (94", 96") aufweisen.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 35, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Spannelemente (24") in einem Zentrierkäfig (128) mit axialem Spiel angeordnet sind, der zwei durch Stege (130) miteinander verbundene, in je eine Zylinderausnehmung (132,134) des Werkzeugschafts (14) und der Anschlußhülse (20) eingreifende Kolben (136,138) aufweist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (130) als die Kolben (136,138) durchdringende, mit Kühlschmiermittel beaufschlagbare Kühlmittelrohre ausgebildet sind.